DE102005036998B4

DE102005036998B4 - Vorrichtung zur automatischen Detektion von Auffälligkeiten in medizinischen Bilddaten

Info

Publication number: DE102005036998B4
Application number: DE102005036998.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gündel Lutz; Daniel Rinck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2025-08-06
Also published as: CN1935089A; DE102005036998A1; JP2007044508A; CN1935089B; US20070031016A1; US7933436B2; JP4901358B2

Abstract

Vorrichtung zur automatischen Detektion von Auffälligkeiten in medizinischen Bilddaten, insbesondere CT-Bilddaten, eines Körperbereiches eines Patienten, mit: – einer Speichereinrichtung (3) für die Speicherung der Bilddaten, wobei die Bilddaten mindestens eine anatomische Zielregion umfassen, – zumindest einem Bestimmungsmodul (2), das eine Einheit (12) zur Bestimmung einer oder mehrerer anatomischer Regionen, die durch die Bilddaten erfasst sind, mittels Mustererkennung aus den Bilddaten umfasst, wobei die Bilddaten dem Bestimmungsmodul (2) über eine oder mehrere Eingangsschnittstellen zuführbar sind, – mehreren unterschiedlichen Untersuchungsmodulen (4), die jeweils zumindest eine Applikation (14–21) für die automatische Detektion bestimmter Auffälligkeiten in einer bestimmten anatomischen Region umfassen, – einer Eingabeeinheit (5), über die für die Zielregion eine der Applikationen (14–21) zur Detektion von Auffälligkeiten als Primärapplikation gestartet werden kann, – einer Steuerungseinheit (1), die auf Basis zumindest der durch das Bestimmungsmodul (2) bestimmten einen oder mehreren anatomischen Regionen weitere Applikationen (14–21) automatisch auswählt und im Hintergrund ausführt, die für die Detektion von Auffälligkeiten in der durch die Bilddaten erfassten anatomischen Region oder den durch die Bilddaten erfassten anatomischen Regionen geeignet sind, – einer Ausgabeeinheit (6), auf der das Ergebnis der Primärapplikation sowie eine Information über zusätzliche Auffälligkeiten angezeigt werden, die mit den im Hintergrund ausgeführten Applikationen (14–21) automatisch detektiert wurden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Detektion von Auffälligkeiten in medizinischen Bilddaten eines Körperbereiches eines Patienten, mit einer Speichereinrichtung für die Speicherung der Bilddaten, einer Eingabeeinheit, mit der eine Applikation zur automatischen Detektion bestimmter Auffälligkeiten in den Bilddaten gestartet werden kann, sowie einer Ausgabeeinheit, auf der das Ergebnis der Applikation angezeigt wird.
Die medizinische Bildgebung wird bei den unterschiedlichsten diagnostischen Fragestellungen zur Unterstützung der Diagnose an einem Patienten eingesetzt. In den aufgezeichneten Bilddaten lassen sich zwar diagnostisch relevante Auffälligkeiten durch einen erfahrenen Anwender erkennen, bei noch unerfahrenen Anwendern besteht jedoch die Gefahr, dass derartige Auffälligkeiten aufgrund einer nicht immer optimalen Bildqualität übersehen werden. Zur Verminderung dieser Problematik sind Vorrichtungen bekannt, mit denen eine automatische Detektion von Auffälligkeiten in den aufgezeichneten Bilddaten erfolgen kann. Diese Vorrichtungen umfassen in der Regel eine Datenverarbeitungsstation mit einem Speicher für die Bilddaten, auf der vom Anwender eine CAD-Applikation (CAD: Computer Aided Detection) gestartet werden kann. So sind beispielsweise Applikationen für die automatische Detektion von Läsionen in den anatomischen Regionen Brust, Lunge und Dickdarm bekannt. Weitere bekannte Anwendungen betreffen die Leber, die Knochen und das Gehirn.
Nach dem Vorliegen der auszuwertenden Bilddaten wird die entsprechende Applikation oder entweder automatisch oder durch eine Eingabe des Anwenders gestartet. Für die unterschiedlichen diagnostischen Fragestellungen stehen unterschiedliche Untersuchungsmodule mit den unterschiedlichen Applikationen zur Verfügung, beispielsweise in der Lungendiagnostik eine Applikation für die automatische Detektion von Lungenknoten oder in der Mammadiagnostik eine Applikation für die automatische Detektion von Mammaknoten. Andere anatomische Regionen, die bei der diagnostischen Bildgebung mit aufgenommen wurden, oder andere diagnostische Fragestellungen werden bei der automatischen Detektion nicht berücksichtigt.
Eine derartige Vorgehensweise beschreibt beispielsweise die WO 2004/029851 A1 .
In der US 5,235,510 A ist ein Rechner-gestütztes Diagnosesystem beschrieben, bei dem ebenfalls Applikationen zur automatischen Detektion von Auffälligkeiten in bestimmten anatomischen Regionen gestartet werden können. Auf Basis von Attributdaten, die den jeweiligen Bilddaten zugeordnet sind, wird jeweils die für die Bilddaten am besten geeignete Primärapplikation ausgewählt. Hierbei wird in der Regel eine Applikation ausgewählt und auf die Bilddaten angewendet. Bei Vorliegen mehrerer Applikationen für die Bestimmung der Auffälligkeiten wird automatisch die korrekte Applikation ausgewählt, so dass die Ausgabe fehlerhafter CAD-Daten verhindert und somit die Diagnosequalität verbessert wird. Die Druckschrift führt auch an, mehrere geeignete Applikationen hintereinander auf die Bilddaten anzuwenden, falls derartige Applikationen erkannt werden. Die automatische Auswahl einer geeigneten Applikation erfolgt dabei immer auf Basis der den Bilddaten zugeordneten Attribute.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine weitere Vorrichtung zur automatischen Detektion von Auffälligkeiten in medizinischen Bilddaten bereitzustellen, die die Wahrscheinlichkeit von nicht erkannten Auffälligkeiten in den medizinischen Bilddaten weiter verringert.
Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
Die vorliegende Vorrichtung zur automatischen Detektion in medizinischen Bilddaten eines Körperbereiches eines Patienten umfasst in bekannter Weise eine Speichereinrichtung für die Speicherung der Bilddaten, eine Eingabeeinheit zum Start einer Primärapplikation zur Detektion bestimmter Auffälligkeiten in der anatomischen Zielregion, die der ursächlichen diagnostischen Fragestellung entsprechen, sowie einer Ausgabeeinheit auf der dem Anwender das Ergebnis der Primärapplikation angezeigt wird. Die für die diagnostische Fragestellung relevante anatomische Region, in der vorliegenden Anmeldung auch als Zielregion bezeichnet, muss dabei selbstverständlich von den Bilddaten umfasst sein. Die Primärapplikation ist speziell zur Detektion von der diagnostischen Fragestellung entsprechenden Auffälligkeiten in der Zielregion ausgebildet. Alternativ kann über die Eingabeeinheit durch den Anwender auch eine diagnostische Fragestellung gewählt werden, auf deren Basis dann automatisch eine geeignete Primärapplikation gestartet wird.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin mehrere Untersuchungsmodule, die jeweils zumindest eine Applikation für die automatische Detektion bestimmter Auffälligkeiten in einer bestimmten anatomischen Region umfassen. Die Vorrichtung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass zumindest ein Bestimmungsmodul, dem die Bilddaten über eine oder mehrere Eingangsschnittstellen zuführbar sind, zur Bestimmung eines oder mehrerer anatomischer Regionen, die durch die Bilddaten erfasst sind, und eine Steuerungseinheit vorhanden sind, die auf Basis zumindest der durch das Bestimmungsmodul bestimmten anatomischen Regionen weitere Applikationen automatisch auswählt und im Hintergrund ausführt, die für die Detektion von Auffälligkeiten in der durch die Bilddaten erfassten anatomischen Region oder den durch die Bilddaten erfassten anatomischen Regionen geeignet sind. Die Bestimmung der einen oder mehreren anatomischen Regionen durch das Bestimmungsmodul erfolgt über eine automatische Auswertung der Bilddaten mittels Mustererkennung, wobei vorzugsweise zusätzliche Daten berücksichtigt werden, die dem Bestimmungsmodul über die eine oder mehreren Eingangsschnittstellen zugeführt werden. Die Information über zusätzliche Auffälligkeiten, die mit den im Hintergrund ausgeführten Applikationen automatisch detektiert wurden, wird dann ebenfalls auf der Ausgabeeinheit angezeigt.
Mit der vorliegenden Vorrichtung werden somit unabhängig von der durch den Anwender vorgegebenen diagnostischen Fragestellung sämtliche in der Vorrichtung verfügbaren Applikationen zur automatischen Detektion von Auffälligkeiten gestartet und ausgeführt, die auf die abgespeicherten Bilddaten anwendbar sind. So kann beispielsweise bei einer Untersuchung des Dickdarms in den Bilddaten ebenfalls das Abdomen automatisch auf Auffälligkeiten und somit eventuelle weitere Befunde überprüft werden. Der Anwender wählt weiterhin in gewohnter Weise die primäre diagnostische Fragestellung aus oder startet die zugehörige Primärapplikation. Die von der Steuerungseinheit ausgewählten weiteren Applikationen laufen, in der Regel vom Anwender unbemerkt, im Hintergrund ab. Lediglich bei Detektion einer Auffälligkeit in den Bilddaten durch diese weiteren Applikationen wird dem Anwender ein Hinweis auf einen möglichen positiven Befund mitgeteilt. Er kann dann auf dem vorliegenden Bilddatensatz weitere Untersuchungen starten oder ggf. eine weitere Messung mit demselben oder einem anderen bildgebenden Verfahren veranlassen.
Für die automatische Auswahl weiterer Applikationen durch die Steuerungseinheit ist die Kenntnis darüber erforderlich, welche anatomischen Regionen mit den Bilddaten erfasst wurden. Die Bestimmung dieser anatomischen Regionen erfolgt durch das Bestimmungsmodul. Bei dieser Bestimmung über eine automatische Auswertung der Bilddaten können zusätzliche Informationen berücksichtigt werden, die dem Bestimmungsmodul über ein oder mehrere entsprechende Eingabeschnittstellen zugeführt werden. Hierbei kann es sich um Parametereingaben des Anwenders oder auch um andere Information, beispielsweise um Bilddaten anderer bildgebender Verfahren handeln, aus denen die anatomischen Bereiche bestimmt werden können.
Mit der vorliegenden Vorrichtung erfolgt somit eine automatische Detektion von Auffälligkeiten aufgrund der durch die eingesetzte medizinische Bildgebung erfassten anatomischen Region unabhängig von der eingesetzten primären diagnostischen Fragestellung. Bei den Auffälligkeiten kann es sich beispielsweise um Läsionen, Stenosen, Aneurysmen, Embolien, Lungenparenchymerkrankungen, Osteoporose oder anatomische Veränderungen handeln. Durch den Einsatz der Vorrichtung wird die Gefahr unerkannter Auffälligkeiten in den zur Verfügung stehenden medizinischen Bilddaten für den Anwender verringert, der in der Regel das Hauptaugenmerk auf die mit der diagnostischen Fragestellung zusammenhängenden Auffälligkeiten richtet. Die aufgezeichneten Bilddaten, die häufig auch außerhalb der diagnostischen Fragestellung liegende anatomische Bereiche umfassen, können damit optimal in ihrem Informationsgehalt genutzt werden. Der Anwender erhält automatisch einen Hinweis auf evtl. auffällige Befunde außerhalb der diagnostischen Fragestellung. Das Gleiche gilt selbstverständlich auch für die Detektion anderer als der mit der diagnostischen Fragestellung in Zusammenhang stehenden Auffälligkeiten in der anatomischen Zielregion.
Die weiteren Applikationen müssen nicht zeitgleich mit der Primärapplikation ablaufen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Anwender die Primärapplikation erst zu einem späteren Zeitpunkt startet. In diesem Fall können die weiteren Applikationen durch die Steuereinheit bereits nach Erhalt der Bilddaten gestartet und ausgeführt werden, so dass dem Anwender beim Start der Primärapplikation bereits mögliche Befunde aus den weiteren Applikationen angezeigt werden können. Von den weiteren Applikationen können mehrere oder alle zeitgleich, d. h. parallel, oder auch nacheinander ausgeführt werden. Hier sind abhängig von den Applikationen beliebige Kombinationen möglich. Selbstverständlich ist es vorteilhaft, möglichst viele Untersuchungsmodule und somit möglichst viele unterschiedliche Applikationen für die automatische Detektion unterschiedlicher Auffälligkeiten und/oder für die automatische Detektion von Auffälligkeiten in unterschiedlichen anatomischen Regionen in der Vorrichtung zur Verfügung zu haben. Je höher die Anzahl der Untersuchungsmodule ist, desto besser werden die aufgezeichneten Bilddaten auf mögliche Auffälligkeiten hin ausgewertet. Hierbei sind insbesondere Applikationen für die automatische Detektion von Auffälligkeiten in den anatomischen Regionen Brust, Lunge, Dickdarm, Leber, in den Knochen und im Gehirn von Vorteil. Weiterhin sollten Applikationen für die automatische Detektion in Gefäßen, beispielsweise die Auffindung von Verschlüssen, Aneurysmen und Gefäßmissbildungen vorhanden sein. Dies trifft auch für Nieren-, Gallen- und Blasensteine zu. Beispiele für geeignete Applikationen bzw. Algorithmen, auf die der Fachmann ohne weiteres Zugriff hat, finden sich beispielsweise in Willi A. Kalender, Computertomographie, Publicis MCD Werbeagentur, München, 2000, ISBN 3-89578-082-0; in Elliot K. Fishman, R. Brooke Jeffrey, Spiral CT, Raven Press New York, 1995; in R. Felix, M. Langer, Advances in CT II, Springer, Berlin, 1992, ISBN 3-540-55402-5; in H. Pokieser, G. Lechner, Advances in CT III, Springer, Berlin, 1994, ISBN 3-540-58198-7; oder in G. P. Krestin, G. M. Glazer, Advances in CT IV, Springer, Berlin, 1998, ISBN 3-540-64348-6.
Die vorliegende Vorrichtung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung nochmals beispielhaft beschrieben. Die Figur zeigt hierbei ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung mit einer Steuereinheit 1, ein oder mehreren Bestimmungsmodulen 2, einer Speichereinheit 3 für die Speicherung der Bilddaten, mehreren Untersuchungsmodulen 4, einer Eingabeeinheit 5 für den Anwender sowie einem Monitor 6 als Ausgabeeinheit. Von den Untersuchungsmodulen 4 sind im vorliegenden Beispiel ein Untersuchungsmodul mit ein oder mehreren Applikationen zur Detektion von Läsionen 14, ein Untersuchungsmodul mit ein oder mehreren Applikationen zur Detektion von Embolien 15, ein Untersuchungsmodul mit ein oder mehreren Applikationen zur Detektion von Stenosen 16, ein Untersuchungsmodul mit ein oder mehreren Applikationen zur Detektion einer Lungenparenchymerkrankung 17, ein Untersuchungsmodul mit ein oder mehreren Applikationen zur Detektion von Osteoporose 18, ein Untersuchungsmodul mit ein oder mehreren Applikationen zur Detektion von Aneurysmen 19 sowie ein Untersuchungsmodul mit ein oder mehreren Applikationen zur Detektion von anatomischen Fehlbildungen 20 zu erkennen. Mit dem Bezugszeichen 21 sind weitere Untersuchungsmodule mit weiteren Applikationen, ggf. auf unterschiedliche Körperregionen oder Organe spezialisierte Module, angedeutet.
Nach der Aufzeichnung der medizinischen Bilddaten, beispielsweise von CT-Bilddaten mit einem Computertomographen, werden die Bilddaten in der Speichereinheit 3 der Vorrichtung abgespeichert. In einem ersten Schritt wird anschließend durch das eine Bestimmungsmodul oder durch die mehreren Bestimmungsmodule 2 die anatomische Region bzw. die anatomischen Regionen bestimmt, die von den abgespeicherten Bilddaten erfasst sind. Hierzu können zusätzlich zu Mustererkennungsverfahren 12 beispielsweise Parametereingaben des Anwenders 10, ein mit dem Computertomographen erstelltes Topogramm 11 oder die Informationen anderer bildgebender Verfahren, wie z. B. einer Fernsehkamera 8, die die von den Bilddaten erfasste anatomische Region zeigt, oder eines Navigationssystems 9 im Bestimmungsmodul 2 verwendet werden. Mustererkennungsverfahren können die notwendigen Informationen aus den abgespeicherten Bilddaten 3 selbst extrahieren. Bezugszeichen 13 deutet an, dass die Bestimmung der anatomischen Regionen auch auf Basis weiterer Informationen erfolgen kann, die dem Bestimmungsmodul 2 zugeführt werden.
Abhängig von der durch das Bestimmungsmodul aufgefundenen anatomischen Region(en) werden über die Steuerungseinheit 1 die geeigneten Applikationen bzw. Algorithmen ausgewählt. Für diese Auswahl können zusätzlich, insbesondere im Falle der Computertomographie, Scanparameter 7 herangezogen werden. Hierbei kann es sich um Parameter handeln, die angeben, ob die Bilddaten mit Kontrastmittel oder ohne Kontrastmittel aufgezeichnet wurden, oder ob beispielsweise die angewendete Dosis eine sinnvolle Auswertung zur Detektion bestimmter Auffälligkeiten überhaupt zulässt. Weiterhin können Scanparameter auch die Applikationen bzw. Algorithmen selbst beeinflussen, so dass die Scanparameter den ausgewählten Applikationen durch die Steuereinheit zur Verfügung gestellt werden.
Hierbei können, wie das folgende Beispiel zeigt, durchaus unterschiedliche Applikationen bzw. Algorithmen auf die aufgezeichneten Bilddaten nacheinander angewendet werden. Bei Bilddaten aus einem CT mit Kontrastmittel von Brustbereich und Oberbauch ergeben sich folgende Anwendungen: Suche von Lungenknoten, Suche von Knoten der Bauchorgane (Leber, Niere, Bauchspeicheldrüse), Suche von Knochenmetastasen an Wirbelsäule und Rücken, Suche von Aortenaneurysmen, Suche von Stenosen der Herzkranzgefäße, Suche von Veränderungen des Lungenparenchyms, Suche nach Lungenembolien und nach osteoporotischen Veränderungen der Wirbelsäule. Darüber hinaus sind beispielsweise auch Vermessungen der Herzscheidewand sowie der Herzkammern denkbar. Diese Verfahren arbeiten im Hintergrund, d. h. parallel zu der Primärapplikation, in diesem Beispiel die Suche von Lungenknoten. Bei einem möglichen positiven Befund wird der Anwender über die Ausgabeeinheit 6 informiert, so dass er entsprechend weitere Maßnahmen einleiten kann.

Claims

Vorrichtung zur automatischen Detektion von Auffälligkeiten in medizinischen Bilddaten, insbesondere CT-Bilddaten, eines Körperbereiches eines Patienten, mit: – einer Speichereinrichtung (3) für die Speicherung der Bilddaten, wobei die Bilddaten mindestens eine anatomische Zielregion umfassen, – zumindest einem Bestimmungsmodul (2), das eine Einheit (12) zur Bestimmung einer oder mehrerer anatomischer Regionen, die durch die Bilddaten erfasst sind, mittels Mustererkennung aus den Bilddaten umfasst, wobei die Bilddaten dem Bestimmungsmodul (2) über eine oder mehrere Eingangsschnittstellen zuführbar sind, – mehreren unterschiedlichen Untersuchungsmodulen (4), die jeweils zumindest eine Applikation (14–21) für die automatische Detektion bestimmter Auffälligkeiten in einer bestimmten anatomischen Region umfassen, – einer Eingabeeinheit (5), über die für die Zielregion eine der Applikationen (14–21) zur Detektion von Auffälligkeiten als Primärapplikation gestartet werden kann, – einer Steuerungseinheit (1), die auf Basis zumindest der durch das Bestimmungsmodul (2) bestimmten einen oder mehreren anatomischen Regionen weitere Applikationen (14–21) automatisch auswählt und im Hintergrund ausführt, die für die Detektion von Auffälligkeiten in der durch die Bilddaten erfassten anatomischen Region oder den durch die Bilddaten erfassten anatomischen Regionen geeignet sind, – einer Ausgabeeinheit (6), auf der das Ergebnis der Primärapplikation sowie eine Information über zusätzliche Auffälligkeiten angezeigt werden, die mit den im Hintergrund ausgeführten Applikationen (14–21) automatisch detektiert wurden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Bestimmungsmodul (2) weitere Einheiten (8–11, 13) zur Bestimmung der einen oder mehreren anatomischen Regionen aus Zusatzbilddaten umfasst, die dem Bestimmungsmodul (2) über die eine oder mehreren Eingangsschnittstellen zuführbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (1) so ausgebildet ist, dass sie Zusatzinformation über die Bilddaten, insbesondere Aufnahmeparameter (7), bei der Auswahl der Applikationen berücksichtigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersuchungsmodule (4) zumindest Applikationen (14–20) für die automatische Detektion von Läsionen und/oder Embolien und/oder Stenosen und/oder Lungenparenchymerkrankungen und/oder Osteoporose und/oder Aneurysmen und/oder anatomischen Fehlbildungen aufweisen.